陆 蓉

(武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430023)

0 引言

在公路桥梁运营和维修养护的过程中，密切关注车辆荷载或其他的动力荷载对桥梁结构的冲击和振动影响，从宏观上来判断桥梁结构的整体刚度和运营性能是非常必要的。桥梁结构的振动问题一般采用理论分析与现场实测相结合的方法［1］。桥梁结构的动载试验是利用跑车、跳车、刹车等激振方法激起桥梁结构的振动，然后测定其固有频率、阻尼比、振幅、冲击系数等参数，从而判断桥梁结构的运营状况和整体动力性能，对桥梁承载能力做出评定。

1 工程概况

武荆高速跨汉丹铁路特大桥桥梁全长1 296.08 m，大桥上部构造:左幅采用18×30+(2×30+50+2×30)+40+18×30预应力混凝土T梁，先简支后结构连续;右幅采用17×30+40+(2×30+50+2×30)+19×30预应力混凝土T梁，先简支后结构连续。下部构造:双柱式墩、钻孔灌注桩基础，承台分离式桥台、钻孔灌注桩基础。

本次试验对象为该桥左幅40 m(简支)+3×30 m(连续)和右幅3×30 m(连续)+40 m(简支)预应力混凝土T梁，本次试验选取的试验跨及右幅16，17和18跨进行了桥梁荷载试验，以检验桥梁结构实际承载能力和工作性能是否满足设计及使用要求。由于篇幅所限，本文只选取左幅24，25和26跨的实验数据。

2 动载试验内容

本桥动载试验［2］，包括脉动试验和强迫振动试验两部分。主要测试桥梁结构的自振频率、结构阻尼等自振特性，跨中最大竖向振幅、冲击系数等行车响应参数。本次桥梁动载试验荷载采用一辆350 kN双后轴载重汽车施加。

2.1 脉动试验

脉动试验是通过在桥上布置高灵敏度的拾振器，长时间记录结构在环境激励如风、水流、地模态等引起的振动，然后进行频谱分析，求出结构自振特性的一种方法。对环境激励下桥梁的响应信号进行多次功率谱的平均分析，并利用各个测点的幅值和相位关系，可得到桥梁的各阶自振频率和振型值，利用半功率带宽法确定各阶模态阻尼比，从而获得桥梁的自振特性，并将实测值与计算值或规范值进行比较和分析，对桥梁的动力特性进行评估［3］。本次桥梁脉动试验测点布置见图1。

图1 左脉动试验测点布置图

2.2 强迫振动试验

强迫振动试验是利用试验车辆在桥上跑车、跳车和刹车，对桥梁施以动力荷载，测量桥梁特征位置的强迫振动时程曲线、动应变等，对测得的桥梁动力响应值进行分析，获得桥梁的动力响应特性及舒适度指标，并对它们进行评估。强迫振动试验测点布置见图2。

2.2.1 跑车试验

图2 左强迫振动试验测点布置图

跑车试验采用一辆350 kN双后轴载重汽车以10 km/h～60 km/h的车速匀速驶过试验桥跨，测量梁体各测点振幅、冲击系数和强迫振动频率［4］。试验时，每10 km/h为一级，每个速度重复一次。

2.2.2 跳车试验

跳车试验［4-6］是模拟汽车越过障碍物试验，试验时，在桥梁试验跨跨中截面位置放置10 cm高的三角垫木，让一辆350 kN载重汽车的前轮在试验桥跨跨中截面位置以15 km/h跳车，测量梁体各测点的振幅和梁体在竖向冲击荷载下的强迫振动频率、阻尼比。

2.2.3 刹车试验

刹车试验采用一辆350 kN双后轴载重汽车，以15 km/h车速行驶至试验桥跨跨中截面位置刹车，测量梁体各测点振幅和梁体在顺桥向冲击荷载下的强迫振动频率等。

3 试验结果及分析

3.1 脉动试验结果及分析

脉动试验测得汉丹铁路特大桥40 m+3×30 m预应力混凝土T梁(左幅)40 m跨竖向一阶频率实测值为3.52 Hz，其理论值为2.93 Hz;3×30 m边跨竖向一阶频率实测值为4.50 Hz，其理论值为3.67 Hz，实测值大于理论值，表明桥梁竖向刚度满足设计要求。图3为脉动试验跨中竖向测点频谱图。

图3 脉动试验跨中竖向测点频谱图（1-2：40 m跨跨中竖向；1-6：30 m跨跨中竖向）

3.2 强迫振动试验结果及分析

3.2.1 跑车试验

让试验车辆以10 km/h，20 km/h，30 km/h，40 km/h，50 km/h，60 km/h的速度匀速行驶通过桥梁，测试试验跨跨中竖向的动力响应和冲击系数。其中冲击系数为动挠度与静挠度的比值。由于挠度反映了桥跨结构的整体变形，是衡量结构刚度的主要指标，因此活载冲击系数综合反映了荷载对桥梁的动力作用。它与结构的型式、车辆运行速度和桥面的平整度等有关。

表1 跑车试验测试结果

图4 50 km/h跑车跨中竖向动挠度时程曲线图（1-4：40 m跨中竖向；1-5：30 m跨中竖向）

图5 50 km/h跑车跨中竖向测点振动时程曲线图（1-1：40 m跨中竖向；1-2：30 m跨中竖向）

图6 左幅40 m跨跳车试验跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图（1-1：40 m跨跨中竖向振动；1-4：40 m跨跨中竖向动挠度）

具体测试结果见表1。其中冲击系数μ的取值为:

当 f＜1.5 Hz时，μ=0.15;

当1.5 Hz＜f＜14 Hz时，μ=0.176 7lnf-0.015 7;

当 f＞14 Hz时，μ=0.45。

其中，f为振动频率。

由脉动试验结果可知40 m跨f1=3.52 Hz，计算出冲击系数μ1=0.207;30 m 跨 f2=4.50 Hz，同理得 μ2=0.250。

由表1可知左幅40 m跨跨中最大冲击系数为0.688，对应振幅为1.90 mm，对应车速为60 km/h;左幅30 m跨跨中最大冲击系数为0.257，对应振幅为0.45 mm，对应车速为50 km/h。图4为50 km/h跑车试验跨中竖向测点对应的动挠度时程曲线图，图5为50 km/h跑车试验跨中竖向测点对应的振动时程曲线图。由跑车试验可知，40 m跨实测冲击系数大于理论计算值，营运中应注意保持桥面平整，并加强对梁体的检查。

图7 左幅30 m跨跳车试验跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图（1-2：30 m跨跨中竖向振动；1-5：30 m跨跨中竖向动挠度）

图8 左幅40 m跨刹车试验跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图（1-1：40 m跨跨中竖向振动；1-4：40 m跨跨中竖向动挠度）

3.2.2 跳车试验

跨中跳车试验，图6为40 m跨跳车试验跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图，测得左幅40 m跨跨中竖向最大振幅为1.51 mm，对应冲击系数为 0.553，竖向振动频率为 3.05 Hz，阻尼比为0.061 3;左幅30 m跨跨中竖向最大振幅为0.67 mm，对应冲击系数为 0.362，竖向振动频率为 3.63 Hz，阻尼比为 0.021 6。图7为30 m跨跳车试验跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图。

图9 左幅30 m跨刹车试验跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图（1-2：30 m跨跨中竖向振动；1-5：30 m跨跨中竖向动挠度）

3.2.3 刹车试验

刹车试验时汽车以15 km/h车速行驶至跨中刹车，图8，图9分别为40 m跨、30 m跨刹车试验时跨中竖向测点振动及动挠度时程曲线图。测得左幅40 m跨跨中竖向最大振幅为0.73 mm，对应冲击系数为0.256，竖向振动频率为3.51 Hz;而30 m跨跨中竖向最大振幅为0.49 mm，对应冲击系数为0.257，竖向振动频率为3.36 Hz。

4 结语

武荆高速跨汉丹铁路特大桥左幅桥40 m+3×30 m预应力混凝土T梁(左幅)40 m跨竖向一阶频率实测值大于理论值，表明桥梁竖向刚度满足设计要求。由动载试验可知，重载高速跑车、跳车及紧急刹车对试验梁体产生的冲击影响较大。运营过程中应注意保持桥面平整，以减小荷载动力冲击的影响，并加强对梁体的养护排查。

［1］马伟斌，韩自力，朱忠林.高速铁路路桥过渡段振动特性试验研究［J］.岩土工程学报，2009(1):124-128.

［2］黄 侨，李忠龙，吴红林.哈尔滨四方台斜拉桥成桥静动载试验研究［J］.桥梁建设，2006(1):16-18.

［3］宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［4］李荣均.桥梁结构检测及其承载力评定［D］.北京:北方工业大学，2004.

［5］谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［6］李晓斌，夏招广，蒲黔辉.安庆长江公路大桥静动载试验研究［J］.公路交通科技，2007(2):73-76.